Способ испытания металла шва на стойкость против образования горячих трещин при сварке

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

З<51> В 23 К 26/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

1 с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3321272/25-27 (22 ) 24.07.О1 (46 ) 30.07.83. Бюл. и 28 (72 ) K. E. Пономарев (53) 621.791.011(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР и 277349, кл. В 23 К 28/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

bio заявке N 3257766/27, кл. В 23 К 28/00, 1981 (прототип ). (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ШВА НА

СТОЙКОСТЬ ПРОТИВ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ

ТРЕЩИН ПРИ СВАРКЕ, при котором сварку образца из двух пластин при вращении одной из них с постоянной угловой скоростью вокруг оси, перпендикулярной к линии шва осуществляют в направлении от оси вращения, фиксируют момент начала образования горячей трещины по прекращению прироста крутящего момента, и за критерий стойкости против образования ro„„SU„„1031697 А рячих трещин принимают скорость принудительной деформации металла шва в процессе его кристаллизации, при которой начинается образование горячей трещины, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения материалоемкости испытаний и величины деформирующего усилия, испытания производят на образцах ив пластин с длиной, равной 3-5 длинам сварочной ванны, в несколько этапов до получения критерия стойкости против образования горячих трещин заданной степени точности, при этом от этапа к этапу сварку осуществляют н а одних и тех же режимах и снижают r ðàäèåíò скорости принудительного деформирования путем размещения образца на каждом этапе на расстоянии от оси вращения большем, чем на предыдущем „ этапе, и вращения его с угловой скоростью меньшей, чем угловая скорост ь на предыдущем эт апе .

1 Г! ). 1, (I 7 ./

««х трещин вар ку 0;— вращении угловой

-.ц 1! rI i i-, .:1 .; г

Г

Д . . .. Ц 1,! 1 х

Изобретение относится к :варке может быть использовано при количе-. ственной оценке стойкости металл= шв против образования горячих трещин в зависимости от химсостава свариваемых сталей и сплавов„ сварочных матЕРИаЛОВ, а таКжЕ ТЕХНОЛОГИ-1ЕСКиХ процессов.

Известен способ испытания метгалла шва на стойкость против образования горячих трещин, при котором дга листовых образца сваривают в лсдочку с постоянной скоростью, один Образец при этом жестко закреплен а второй вращают с постоянной угло-.

ВОй СКОРОСТЬЮ ВОКРУГ. ОСИ, ПЕРПЕНДнкулярной. его пг!Оскости, проход щей через линию шва и находя((,:, йся впереди сварочнсй дуги; пр.: достижении заранее устанО-.;I; ввличины напряжения необхсд:.!;,1О— го для поперечной деформации закристаллизовавшегося метaTirla шва, фиксируют момент прекращения paэв; тия трещины Г 1).

Критерий стойкости против образования горячих трещин - критическая скорость принудительной деформации металла шва в процессе его кристаллизации, при которой прекращается развитие трещины, образующейся вслед за сварочной ваннай, и которая рассчитывается по моменту прекращения развития трещины ", 1 „1, Недостаток способа состои Г в тОМ, ЧтО ДОСтОВЕРНОСтЬ ОЦЕН!(с!. -!Oлучаемой этим способом, недоста--.. i-на. Это обусловлено различием арактеристик критической скорост!

ДЕфОРМаЦИИ, ПРИ КОтОРОй ПРЕКРа!ГУется образование горячей трещинь;, и критической скорости деформации,при которой начинается обра;ование горячей трещиГ!ь..

Наиболее близким к предлагаемому является способ испытания металла шва на стойKocTь против образования горячих трещин при сварке, при котором сварку образца из двух пластин при вращ!ении одной иэ них с постоянной угловой скоростью вокруг оси перпендикулярной к линии шва осуществляют в направлении от оси вращения, фиксируют мо-, мент начала образования горячей трещины по прекращению прироста крутящего момента и за критерий стойкости против образования горячих трещин принимают скорость приГ-".();, ::...:=г (с(О К„ИС--,:-!11;>a„f,fj, I —:;.-,ц;.:;

Х",т:=. с —,-:с(-- .. ц! 0 .:...-адает высокой — !();, П;. Г!ОГ,.У-I=- f-lier

",:,-г °, г г . -,11 г !c, II: ° c)- -!. г\Рбует ис—

Г!ОЛЧ Ц.-,г.;.10й ОЦЕНКИ Т Еи БЫЦ!Е г ЧРМ

:.:онl-fyqf.тел I;oij де

" )

О с с -!,! " Эг -;-,O!, ta!q,4!j! 1I- !Е КП",.гТ И 1г)(-!.г:й -!,c;! Ocò(. Озгг г 1:;: (Oii ння У ВЕ— .,! О(--, (1:,1С(-iь!Т а;-!Г,1й И Ввг!И 1,!,- Ы

Г. С Г!Ь1Т -af Liя lc T a . "Ia IUEa На СТОЙ !<ОСТ Ь

;;" О !,! а (-ОР л, 1В -!!-!!.,Я г — ОРс!

Г «Э!!а !13 ДВVX . Лс!СТИН ПРИ .Д! IO: i !13 l-!ИХ . гОСТОЯ!,Ной

0 (0РP0»i!г PO-.PУГ 00!q ПЕРПЕНДИКУЛЯР—

Г- .Ой К Г" Иг1ИИ !I!Ва ОСУгЦЕСТ ЕЛЯЮТ В Нап—

pa a.fIF !и О "- " B=р,.ащеГ!и Cj, фиксирую Г моче- т нана;;;.. Обра".-Ования гор,че .; (1сц(и!!ь1,!О fj )pfpaf,)Off при рoOT а кру1- -) IC>l,:,,...—, -,; ", л КРИ г(1(!.

Э . .!, -!И, Т,Г)Е(И,.! Н-, П 0 !.-епьн ".ф-р-!.

П .) ПО1! У IОНИ Я КPИТ "P".Г . 0 1 У00 ТИ Г100

Т!.1 В Об (3 гэ 3 0 в с: 1- / 0 i О г) я !(.! х

П:iijl!Ой .; j.:;"-:Г1-- -Н,, 0 FIO И. П(1(!:-; Ог 01 3: a!ta к =. Гаг у с яap!(7 o :ч!(:0 вл i!0 f

Г (!а!с !0!i! СКОРОС, И ПОИ Н -г !1 С Ь Г!ОГг

Л(1(Г10 11., Г) ОВ;. НИ с! 1",«-Г С Д, с а.;,,, Ц! C

f:f f г!И, а)! Ь !! . Д азГЧЕ(! Д !ЯНЬ! С В =1РО Ч11!С.; : г! !! -! Ггу Слов„г!(- Г Е,"", „ -1, " . f-! a— г1 Ь НЬ!Н И;;;1-; L !ЫИ .„«!)=(—, 21 ulRo

А„= 2.(.+ t) 45

3 1031 женную геометрическую форму и не характеризуют сварочного процесса.

Поэтому длина образца должна быть больше двух длин сварочной ванны. Ограничение длины не более 5 длин сва5 рочной ванны определяется из условия достижения наибольшей эффективности, т.е. наименьших материалоемкости и величины деформирующего усилия.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Образец из двух пластин длиной

Р (мм ) сваривают угловым швом с постоянной скоростью Ч (ммlмин ) при одновременном вращении одной из плас- 1 тин с постоянной угловой скоростью (д (об/мин ) вокруг оси, перпендикулярной линии шаа, сварку ведут в направлении удаления от оси вращения, за критерий стойкости металла шаа против образования горячих трещин принимают критическую скорость принудительной деформации А кр (мм/мин ), при которой начинается образование горячей трещины, фиксирование момента начала образования горячей трещины про25 изводят по прекращению прироста момента сопротивления шва деформированию, а сами испытания проводят по этапам, от этапа к этапу снижая градиент скорости принудительного деформирования и одновременного увеличения удаления начала образца от оси вращения.

Первый этап испытаний проводят с градиентом скорости принудительного деформирования по длине шва, позво 35 ляющим на небольших образцах получить линейное изменение скорости принудительной деформации от предварительно предполагаемой минимальной величины сопротивляемости металла шва 4о образованию горячей трещины (А„ „ ° ) кр Оредп вне в начале образцов до предполагаемой максимальной ее величины (А ) р ОрЕдвиаХ а конце образцов, Необходимый градиент скорости принудительного деформирования по длине шва обеспечивается скоростью вращения подвижного образца И (об/мин )5О и величиной удаления начала образцов от оси вращения R,(мм ),которые рассчитываются по формулам

Ау,-Ад

Ж1- а г (1) н

«л е

01 Ак-Ан

697

4 где А и А < - скорости принудительного деформирования в начале и в конце образцов; - длина образцов. формулы (1 ) и (2 ) получены решением системы уравнений, выражающих скорости принудительного деформирова. н А,„и А„.

Так как перед испытаниями величина стойкости металла шва против образования горячих трещин при сварке неизвестна, то интервал ее значений (A1<- А, ) предполагается достаточно широким для того, чтобы значения критической скорости принудительного деформирования оказались внутри него.

Для уменьшения материалоемкости испытаний размер образцов выбирают минимально достаточным для установившего

I ся процесса сварки. Поэтому на первом этапе испытаний градиент скорости принудительного деформирования по длине образца оказывается большим, что определяет значительный разброс критической величины скорости принудительного деформирования, т,е. стойкость металла шва против образования горячих трещин определяется с еще недостаточной степенью точности - в пределах разброса А" "" -Авнах/1

КР К 1

На втором этапе испытаний оценка уточняется, Образцы и режими сварки аналогичны первому этапу, но уменьшают градиент скорости принудительной деформации по длине шва путем увеличения удаления начала образцов от осивращения (К 1,) и одновременного снижения скорости вращения ((а »(g) ).

Удаление начала образцов от оси ара-. щения R и скорость вращения подвйжного образцами) рассчитываются по формулам (1 ) и (2 ), и которые а качестве скорости принудительной деформации.в начале образцов (Ан) подставляется . значение А „и -, а в качестве скорости принудительной деформации в конце образцов (A„) подставляется значение

A nox крг

Точность оценки, получаемой на втором этапе испытаний, более высокая, чем точность оценки, получаемой на первом этапе.

l 031697

В случае необходимости получения оценки металла шва с еще более высокой тбчностью испытания продолжают по последующим этапам, для каждого из ко" торых определяют скорость вращения 5 и удале ие начала образца от оси вращения также rto формулам (1 ) и -(2), подставляя в них вместо скорости принудительной деформации в начале образца (А ) минимальную критическую скорость принудительной деформации, а вместо скорости принудительной деформации в конце образца (А ) максималь-- ную критическую скорость принудительной деформации, полученные на предшествующем этапе, Это позволяет получить оценку стойкости металла шва против образования горячих трещин при сварке с высокой степенью точности на образцах малых размеров,и, следовательно, на швах малой длины.

Последнее означает, что для получения оценки стойкости металла шва против образования горячих трещин при сварке требуется меньшее количество металла и меньшее по величине деформирующее усилие (оборудование может иметь меньшую мощность ).

Образцы из двух пластин 1 и 2 имеют длину 3 и ширину В. На первом этапе испытаний сваривают шов 3, вращая подвижный образец со скоростью ц, которая обеспечивает изменение скорости принудительного деформирования металла шва А по длине образца

35 от предполагаемой минимальной величины стойкости металла шва против образования горячих трещин — в начале образца и до предполагаемой макси-. 40 мальной величины стойкости металла шва в конце образцов. При этом единовременному деформированию подвергается участок шва длиной К

Условия испытаний на втором этапе

4 определяются по разбросу величины оценки, полученной на первом этапе, Это удаление начала образцов от оси вращения ВО и скорость вращения ц), которая меньше скорости вращения на первом этапе Ф+ Затем, выполняя вычислительные величины R0> и М сваривают шов 2 на режимах сварки, аналогичных режимам 1-ro. этапа, и по величине Вк„ более точно определяют величину скорости принудительной дефор-5 мации металла шва А р= К 2ul при

rC Kp которой начинается образование горячей трещины, При этом единовременному деформированию подвергается участок ш ва дли ной S .

Для достижения известным способом точности оценки, равной точности оценки, полученной предложенным способом, необходимо, чтобы скорость вращения при испытании Cb была равна Ф . При этом образцы должны иметь длину L u ширину В, а единовременному принудительному деформированию подвергает-! ся участок шва длиной Кк „равной

1 1

R pß больше длин единовременно деформйруемых швов по предлагаемому способу Rкр„и S. Длинà L больше суммарной длины образцов, используемых в предлагаемом способе.

Таким образом, для получения оценки металла шва предлагаемым способом

r. точностью„ равной точности, йолучаемой по известному способу, требует ся металла в ---- раз меньше и зна28 чительно меньше деформирующее усилие, чем в известном способе.

Пример . Испытания проводят

*на образцах размером Зх30х30 мм из металла, химический состав которого неизвестен, Для стабильности результатов используют три шва на каждом этапе испытаний. Режим сварки одинаков для каждого этапа.

Х. этап. Так как состав металла шва неизвестен, то скорость принудительного деформирования в начале об= разцов задают равной,О, а скорость принудительного деформирования в конце образцов 15 д-„-,„-. соответствующую ми металлу с очень высокой стойкостью против образования трещин при сварке.

Следовательно R = О, по формуле 11) Ан 6мм мии

2T<«- Зим 4Чг м н @ м н

При испытаниях трех швов получены результаты:

А р 12 мм/мин, А < = 12, ч мм/мин;

А Р =13,5 мм/мин.

Таким образом, А = l2 мм/мин; А = — l3,5 мм/мин, кр

П этап испытаний, Скорость принудительного деформирования изменяется по длине образцов от 12 мм/мин до

13,5 мм/мин. Режимы сварки идентичны

1 этапу. По формулам (1 ) и {2 ) находят К02и (а

А +2. — „„ЪОмм

7 1031 мм ,4 -4 1(-, „,у 1 д. g gg " 2 1т ° 0 мм 4ОК мчи-0,00"96мин

Образцы закрепляют с удалением начала образца от оси вращения на

2ч0 мм и проводят испытания, вращая подвижный образец со скоростью

0,00796 об/мин. После обработки результатов испытаний по известной методике получены значения А р

А = 12,70 мм/мин .

kPu

4 =- 12,б мм/мин рч

А = 12,80 мм/мин

Кр

Точность достаточно высока;

А. = 12,71 мм/мин. ср я получения оценки металла шва по известному способу с такой же точностью потребовались бы образцы длиной L = R g 9 = 240 +30=270 мм, т,е. материалоемкость и энергоемкость испытаний были бы в несколько раз больше.

692

Способ испытания металла шва на стойкость- против образования горячих трещин при сварке позволяет снизить материалоемкость испытаний и величину деформирующего усилия по сравнению с прототипом. Уменьшение материалоемкости достигается благода. ря тому, что линейные размеры испытуемых образцов уменьшаются значи- тельно быстрее, чем растет их количество для испытаний по прототипу с аналогичной точностью оценки.

T.е. масса всех образцов, необходимых для получения равноточной оценки предлагаемым способом меньше массы образцов в известном способе .

Величина деформирующего усилия уменьшается за счет того, что во время испытания деформации сварной lil08 подвергается весь одновременно. Чем больше его длина, тем большее требуется усилие. Уменьшая длину шва достигают снижения величины деформирующего усилия.

10 1697

Составитель Л. Назарова

Редактор E.Ëóàíèêoâà Техред g.Tenep Корректор Л. Бокшан

Заказ 5283/15 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москве, Ж-35, Раувская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4